第二篇过程装备制造工艺7成形加工课件

1、第篇 过程装备制造工艺 7 成形加工 主要内容:7.1 筒节的弯卷成形7.2 封头的成形7.3 管子的弯曲7.1筒节的弯卷成形设备：卷板机。分类：冷卷 热卷 温卷 调整设备，轴线平行；把板坯装入上下辊之间；上辊下压，将板坯压弯；弯卷成形过程驱动两下辊旋转，板坯借助摩擦力而移动，并带动上辊转动。板坯移动过程中，连续通过最大受力位置（上辊最低线），使整个板坯（除两端）产生均匀一致的塑性变形，得到一定曲率的弧形板。上述过程为一次行程。通常一次弯卷很难达到所要求的变形程度，经过几次反复，可将钢板弯卷成一定弯曲半径的筒节。冷卷成型根据筒节卷圆成形时，是否加热以及加热的温度高低，分为：冷卷成型、热卷成型、

2、温卷成型。冷卷成型通常是在室温下成型、不需要加热设备。特点是：成型过程不产生氧化皮，操作工艺简单且方便操作,费用低。 钢板冷卷的变形率冷卷变形率计算注意： 弯卷前后，中面层长度不变；但沿钢板厚度方向，钢板塑性变形程度是变化的；外侧伸长，内侧缩短。按外侧相对伸长量计算变形率为:(DwDm)/ Dm 100/ Dm 100结论钢板越厚、筒节的弯卷半径越小，则变形率越大。 变形率概念冷弯变形率达到临界变形率，材料在随后热切割、焊接或热处理时，将产生粗大的再结晶晶粒。 金属材料冷弯后产生粗大再结晶晶粒的变形速率，称为金属的临界变形率钢材的理论临界变形率范围为5%10%。 实际变形率要求应小于理论临界变

3、形率，否则后续热加工过程，会降低力学性能。实际生产中，要求D0（毛坯外径）下模座尺寸计算高度H=h+(60100)下口内径D2下模内径Dxm+(510）压边圈尺寸计算内径Dn=Dxm+(5080)厚度=70120外径Dw=下模座外径D压边圈拉环下模座薄壁(D0一Dm)45的封头成形特点：带有压边圈的一次冲压成形法，在自由变形区也会产生鼓包和折皱。可采用下列方法冲压：分析刚开始冲压，上模与毛坯的接触直径为Dc较小。不稳定L环形段，不与上、下模接触，容易丧失稳定。1、多次冲压成形法采用多次冲压成形法的特点即用同一个上模，多个下模进行多次冲压成形；第一次冲压时，拉环内径较小。不稳定段L的宽度减少。适

4、应薄壁封头(D0 Dm ) / =120220开始冲压时，压边力0；随着过程的进行，周边增厚，压边力增大，满足冲压过程对压边力的实际要求。2、 采用有间隙压边圈法冲压较薄壁封头（材料塑性好）(60D0Dm120)增加自由变形区的径向拉力，使该区拉力、变形均匀，避免折皱和鼓包。3、采用带坎拉深法当(D0Dm)6的封头认为是厚壁封头因毛坯较厚，边缘部分金属不易变形，在拉深时急剧增厚，增厚率达10%以上；使通过下模圆角时的阻力大为增加，需要很大的冲压力；冲压时：增大模具间隙；或将坯料边缘削薄，再进行冲压加工。厚壁封头冲压主要特点复板常发生折皱；两层材料的结合区产生裂纹，甚至撕裂。分析 复合钢板在加热

5、时，基层和复层线膨胀系数不同，金属本身变形抗力也不同； 在相同的应力下，流动特点不同，产生的变形不同。 复板变形大，容易产生折皱；结合层产生裂纹。复合钢板封头的冲压最常出现裂纹的部位是直边部分，因为这部分材料在冲压时的应力和变形最大。因此，无论厚度如何，冲压时都必须采用压边圈，防止复板起皱。热冲压对复层材料性能有不利影响 镍铬不锈钢晶间腐蚀（注意加热温度及速率）； 钛材在300以上,可快速吸氢; 600以上可快速吸氧; 700以上可快速吸氮; 使钛材塑性、韧性下降。钛复合板的冲压温度在550650之间为宜。7.2.5 冲压后封头壁厚变化球形封头底部，冲压过程一直受拉应力，减薄量最大直边和靠近直

6、边部分，冲压时切向压应力大，壁厚增加；且越接近边缘，增加壁厚越大。直边和靠近直边部分，冲压时切向压应力大，壁厚增加；且越接近边缘，增加壁厚越大。标准椭圆封头底部，与球形封头比较，冲压过程一直受较小的拉应力，减薄量较小此处有弯曲、胀形、拉延，且拉应力最大，壁厚减薄量最大7.2.6 封头的旋压成形适用于大型封头的制造。目前采用旋压成形法制造大型封头已成为主要方法。1. 旋压成形的特点适合制造尺寸大、壁薄的大型封头，目前已制造5000mm、7000mm、10000mm,甚至20000mm的超大型封头；旋压机比水压机轻巧，制造相同尺寸的封头，比水压机约轻2.5倍 ；旋压模具比冲压模具简单、尺寸小、成本

7、低；适于单件小批生产；不易产生减薄和折皱，封头成形质量好；不适宜厚壁小直径，若旋压成形，比较麻烦，不如冲压成形简单；旋压过程较慢，生产率低于冲压成形。若用冷旋压，对容易硬化的材料需消除硬化热处理。2 旋压成形的方法分类：按使用的主要设备情况，分为单机旋压法、联机旋压法。单机旋压法在旋压机上一次完成封头的旋压成形过程。联机旋压法分别用压鼓机和旋压机对封头料坯先压鼓后翻边的成型方法。简单介绍单机旋压法。根据模具使用情况单机旋压法可分为：有模旋压法、无模旋压法、冲旋联合法。 有模旋压法无模旋压法冲旋联合法7.2.7 封头制造的质量要求封头应尽量用整块钢板制成,必须拼接时,焊缝数量及位置，应满足封头的

8、划线技术要求。封头冲压前，应清除钢板毛刺；冲压后去除内外表面的氧化皮,表面不允许有裂纹等缺陷。对于微小的表面裂纹和高度达3mm的个别凸起应进行修整。封头和筒体对接处的圆柱部分长度（直边高度）应符合下表要求。封头的几何形状和尺寸偏差内径内径偏差椭圆度(Dmax-Dmin)1000 32；41000 150074； 87.3 管子的弯曲7.3.1 管子弯曲应力分析和变形量计算7.3.1.1应力和变形分析（自由弯曲） 管子外侧壁管子在弯矩M作用下，轴线外侧管壁受拉应力； 随着变形率的增大，拉力逐渐增大，管壁可能减薄、严重时可产生微裂纹；管子内侧壁严重时可使管壁失稳产生内折皱受压应力作用，管壁可能增厚

9、管子横截面变形 在Nl与N2作用下，管子横截面变形； 自由弯曲时，变形将近似为椭圆形；半圆槽内弯曲，内侧基本上保持半圆形外侧变扁。 影响弯管缺陷产生的主要因素a 相对弯曲半径R/dw ，它表示弯曲程度。由：变形率dw/(2R) 100管子外径dw越大，弯曲半径R越小，内、外侧的变形率越大。b 相对弯曲壁厚/dw表示弯曲横截面的稳定性；壁厚越小，管子直径越大，弯曲横截面的稳定性越差，越容易失稳。实际生产中控制管子弯曲变形率的主要方式是控制管子的弯曲半径。弯曲半径有关规定，对一般受压10MPa的管子，如换热器U形弯管段的弯曲半径 R2dw；常用换热器的最小弯曲半径Rmin如下表：7.3.1.2 管

10、子变形率的控制7.3.2 弯管方法冷弯和热弯；有芯和无芯弯管；手工和机械弯管等多种方法。冷弯和热弯主要考虑变形的难易程度及防止缺陷产生，直径较大（dw108)、直径60mm以上的厚壁管，弯管阻力较大，用热弯。有芯和无芯弯管主要考虑弯管后的形状、尺寸及防止缺陷产生。手工和机械弯管效率，质量，能力。（1）手工弯管 手工弯管可分为热弯和冷弯。 管子在室温下的弯曲习惯上称作冷弯，由于冷弯效率高，质量好，操作环境好，所以直径108mm以下的管子多采用冷弯.手 工 热 弯 热弯时一般要以砂子作填充物。 弯管前在管内装砂子的作用是阻止弯曲变形时管的截面变成椭圆形或内侧表面起皱。 因为砂子的吸热性和保温性都较

11、好，用它做热载体允许管子缓慢成形而不用重复加热，并且经济、易于操作。 加热温度：低碳钢 950-1000，普通低合金钢850-1000，18-8型不锈钢1100-1200。 7.3.3 控制缺陷的几种典型方法 反变形法 弯管过程 管子安装在弯管机中，并用夹头加紧。随着主动扇形轮的旋转，在扇形轮槽内弯管。 注意：压紧辊具有反变形槽，在弯管前使管子先产生一个预变形（弯曲实际变形方向相反）。主动扇形轮（模）压紧辊导向辊夹头e在012mm间调整。管子反变形轮槽结构扇形轮槽宽Bdw安装间隙 12mm反变形槽的设计 有芯弯管法 适用于: 直径较大的管子弯曲。 特点管子随扇形轮转动弯曲芯棒固定夹头导向辊 圆

12、柱式芯棒 特点：形状简单，应用广泛。芯棒直径:取d=(90)dn;通常比管内径小0.51.5mm；长度:L=(35) d芯棒伸入弯管区的距离e管子弯曲点热弯的加热及热弯的特点加热温度 碳钢低合金钢950 1000 1050 18 8 型不锈钢1100 1200 加热方法手工热弯管法和中频加热7.7.4 管件制造的技术要求以换热管设计、制造为例。换热管的拼接须符合下列要求。同一根换热管，对接焊缝数量不得超过下列规定：直管一条或U形管两条。最短管长不得小于300mm。U形管段(包括至少50mm直管段)的范围内不得有拼接焊缝。对口错边量应不超过管子壁厚的15%，且不大于0.5mm。对接后，焊接接头进行通球检查，以钢球通过为合格。通球直径选取（mm）换热管外径dw dw2525dw40dw40钢球直径0.75dn0.8dn0.85dn对接焊接接头应作焊接工艺评定。对接焊接接头应进行射